ஷிரோடிங்கரின் பூனையை விளக்குதல்: குவாண்டம் முரண்பாட்டிற்குள் ஒரு பயணம்

ஷிரோடிங்கரின் பூனை. இந்தப் பெயரே ஒரு பூனை உயிருக்கும் சாவுக்கும் இடையில் தொங்கிக்கொண்டிருக்கும் படங்களை மனதில் கொண்டுவருகிறது. இது கிட்டத்தட்ட ஒரு நூற்றாண்டாக விஞ்ஞானிகள், தத்துவவாதிகள் மற்றும் பொதுமக்களைக் கவர்ந்திழுத்த ஒரு விசித்திரமான சிந்தனைச் சோதனையாகும். ஆனால் உண்மையில் ஷிரோடிங்கரின் பூனை என்றால் என்ன, அது ஏன் முக்கியமானது? இந்தக் கட்டுரை இந்த புகழ்பெற்ற முரண்பாட்டின் சிக்கல்களை அவிழ்த்து, குவாண்டம் இயக்கவியலில் அதன் வேர்கள், அதன் பல்வேறு விளக்கங்கள் மற்றும் யதார்த்தத்தைப் பற்றிய நமது புரிதலில் அதன் நீடித்த தாக்கம் ஆகியவற்றை ஆராய்வதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது.

முரண்பாட்டின் தோற்றம்

1935 ஆம் ஆண்டில், ஆஸ்திரிய-ஐரிஷ் இயற்பியலாளரும் குவாண்டம் இயக்கவியலின் முன்னோடிகளில் ஒருவருமான எர்வின் ஷிரோடிங்கர், இப்போது புகழ்பெற்ற தனது சிந்தனைச் சோதனையை உருவாக்கினார். ஷிரோடிங்கர் அந்தக் காலகட்டத்தில் நிலவி வந்த குவாண்டம் இயக்கவியலின் கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தை கடுமையாக விமர்சித்தார். நீல்ஸ் போர் மற்றும் வெர்னர் ஹைசன்பெர்க் ஆகியோரால் ஆதரிக்கப்பட்ட கோபன்ஹேகன் விளக்கம், ஒரு குவாண்டம் அமைப்பு அளவிடப்படும் வரை சாத்தியமான அனைத்து நிலைகளின் மேற்பொருந்துதலில் (superposition) இருப்பதாகக் கூறுகிறது. அளவிடும் செயல் அந்த அமைப்பை ஒரு குறிப்பிட்ட நிலைக்கு "குலைய" (collapse) கட்டாயப்படுத்துகிறது.

இந்த குவாண்டம் இயக்கவியல் கொள்கைகளை அன்றாடப் பொருட்களுக்குப் பயன்படுத்தினால் ஏற்படும் அபத்தத்தை விளக்குவதற்காக ஷிரோடிங்கர் தனது பூனை முரண்பாட்டை வடிவமைத்தார். குவாண்டம் இயக்கவியல் உண்மையாக இருந்தால், அது பெரிய பொருட்களை விசித்திரமான நிலைகளில் இருக்க வழிவகுக்கும் என்பதை அவர் நிரூபிக்க விரும்பினார், இது உள்ளுணர்வுக்கு சாத்தியமற்றதாகத் தோன்றியது.

சாதன அமைப்பு: ஒரு பூனையின் புதிர்

ஒரு எஃகு பெட்டிக்குள் ஒரு பூனை அடைக்கப்பட்டிருப்பதாகக் கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். பெட்டியின் உள்ளே, ஒரு கதிரியக்க அணுவைக் கொண்ட ஒரு சாதனம் உள்ளது. இந்த அணு ஒரு மணி நேரத்திற்குள் சிதைவடைய 50% வாய்ப்பு உள்ளது. அணு சிதைந்தால், அது ஒரு சுத்தியலைத் தூண்டி, ஒரு விஷ வாயு குப்பியை உடைத்து, பூனையைக் கொன்றுவிடும். அணு சிதைவடையவில்லை என்றால், பூனை உயிருடன் இருக்கும். முக்கியமாக, கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தின்படி, பெட்டி திறக்கப்பட்டு அமைப்பு கவனிக்கப்படும் வரை, அணு சிதைந்த மற்றும் சிதையாத நிலைகளின் மேற்பொருந்துதலில் உள்ளது.

அப்படியானால் கேள்வி இதுதான்: பெட்டியைத் திறப்பதற்கு முன்பு பூனையின் நிலை என்ன? கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தின்படி, பூனையும் ஒரு மேற்பொருந்துதல் நிலையில் உள்ளது – அது ஒரே நேரத்தில் உயிருடனும் செத்துடனும் இருக்கிறது. இதில்தான் முரண்பாடு உள்ளது. ஒரு பூனை உயிருடன் அல்லது செத்துத்தான் இருக்க முடியும், ஒரே நேரத்தில் இரண்டும் இருக்க முடியாது என்று நமது அன்றாட அனுபவம் கூறுகிறது.

மேற்பொருந்துதலைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

ஷிரோடிங்கரின் பூனையின் சாராம்சத்தைப் புரிந்துகொள்ள, மேற்பொருந்துதல் என்ற கருத்தைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியம். குவாண்டம் இயக்கவியலில், ஒரு துகள், எலக்ட்ரான் போன்றவை, ஒரே நேரத்தில் பல நிலைகளில் இருக்க முடியும். இந்த நிலைகள் அலைச்சார்பு (wavefunction) எனப்படும் ஒரு கணிதச் சார்பால் விவரிக்கப்படுகின்றன. காற்றில் சுழலும் ஒரு நாணயத்தைப் போல இதை நினைத்துப் பாருங்கள். அது தரையிறங்குவதற்கு முன்பு, அது தலையும் அல்ல, பூவும் அல்ல – அது இரண்டு நிலைகளின் மேற்பொருந்துதலில் உள்ளது.

நாம் துகளைக் கவனிக்கும்போது (அல்லது நாணயம் தரையிறங்கும்போது) மட்டுமே அது ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையை "தேர்ந்தெடுக்கிறது". இந்த கவனிப்பு அல்லது அளவீட்டுச் செயல்தான் அலைச்சார்பு குலையக் காரணமாகிறது. துகளின் நிலை உறுதியானதாகிறது, மேலும் நாம் அதை ஒரே ஒரு நிலையில் மட்டுமே பார்க்கிறோம் (எ.கா., எலக்ட்ரான் ஒரு குறிப்பிட்ட இடத்தில் உள்ளது, அல்லது நாணயம் தலையில் விழுகிறது).

கோபன்ஹேகன் விளக்கம் இந்தக் கொள்கை அளவு எதுவாக இருந்தாலும் அனைத்து குவாண்டம் அமைப்புகளுக்கும் பொருந்தும் என்று வாதிடுகிறது. இதுதான் பெட்டியில் உள்ள பூனை நாம் பெட்டியைத் திறந்து அதைக் கவனிக்கும் வரை உயிருடனும் செத்துடனும் இருக்கிறது என்ற வெளித்தோற்றத்தில் அபத்தமான முடிவுக்கு வழிவகுக்கிறது.

விளக்கங்களும் தீர்வுகளும்

ஷிரோடிங்கரின் பூனை ஒரு வேடிக்கையான சிந்தனைச் சோதனை மட்டுமல்ல; இது குவாண்டம் இயக்கவியலை விளக்குவதில் உள்ள அடிப்படை சவால்களை எடுத்துக்காட்டுகிறது. பல ஆண்டுகளாக, முரண்பாட்டைத் தீர்க்க பல்வேறு விளக்கங்கள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன.

கோபன்ஹேகன் விளக்கம்: விசித்திரத்தை ஏற்றுக்கொள்ளுதல்

முன்னர் குறிப்பிட்டபடி, கோபன்ஹேகன் விளக்கம், ஷிரோடிங்கரின் விமர்சனத்திற்கு இலக்காக இருந்தபோதிலும், ஒரு பதிலை வழங்குகிறது. பூனை கவனிக்கப்படும் வரை உண்மையிலேயே உயிருள்ள மற்றும் இறந்த நிலைகளின் மேற்பொருந்துதலில் உள்ளது என்ற கருத்தை அது ஏற்றுக்கொள்கிறது. இது ஏற்றுக்கொள்வதற்குக் கடினமான ஒரு கருத்து, ஏனெனில் இது உலகம் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பது பற்றிய நமது வழக்கமான உள்ளுணர்வை சவால் செய்கிறது. குவாண்டம் இயக்கவியல் நுண்ணிய உலகை விவரிக்கிறது, அதன் விதிகள் பூனைகள் போன்ற பெரிய பொருட்களுக்கு நேரடியாகப் பொருந்தாது என்று அதன் ஆதரவாளர்கள் வாதிடுகின்றனர்.

பல-உலகங்கள் விளக்கம்: கிளைவிடும் யதார்த்தங்கள்

1957ல் ஹியூ எவரெட் III என்பவரால் முன்மொழியப்பட்ட பல-உலகங்கள் விளக்கம் (MWI), ஒரு தீவிரமான தீர்வை வழங்குகிறது. MWI-யின்படி, ஒரு குவாண்டம் அளவீடு செய்யப்படும்போது (எ.கா., பெட்டியைத் திறக்கும்போது), பிரபஞ்சம் பல பிரபஞ்சங்களாகப் பிரிகிறது. ஒரு பிரபஞ்சத்தில், அணு சிதைந்து, பூனை இறந்துவிட்டது. மற்றொரு பிரபஞ்சத்தில், அணு சிதைவடையவில்லை, பூனை உயிருடன் இருக்கிறது. பார்வையாளர்களாகிய நாம் இந்த பிரபஞ்சங்களில் ஒன்றை மட்டுமே அனுபவிக்கிறோம், ஆனால் இரண்டும் ஒரே நேரத்தில் இருக்கின்றன. சாராம்சத்தில், அலைச்சார்பு குலைவு இல்லை. ஒவ்வொரு சாத்தியக்கூறும் ஒரு தனி பிரபஞ்சத்தில் நிகழ்கிறது.

MWI சுவாரஸ்யமானது, ஏனெனில் அது அலைச்சார்பு குலைவு சிக்கலைத் தவிர்க்கிறது. இருப்பினும், இது யதார்த்தத்தின் தன்மை மற்றும் இணை பிரபஞ்சங்களின் இருப்பு பற்றிய ஆழமான கேள்விகளையும் எழுப்புகிறது. இது மிகவும் விவாதிக்கப்பட்ட மற்றும் சர்ச்சைக்குரிய விளக்கமாகும்.

புறநிலை சரிவுக் கோட்பாடுகள்: அலைச்சார்பு குலைவு உண்மையானது

புறநிலை சரிவுக் கோட்பாடுகள், அலைச்சார்பு குலைவு என்பது ஒரு பார்வையாளர் இருந்தாலும் இல்லாவிட்டாலும், தன்னிச்சையாக நிகழும் ஒரு உண்மையான, இயற்பியல் செயல்முறை என்று முன்மொழிகின்றன. இந்த கோட்பாடுகள் ஷிரோடிங்கர் சமன்பாட்டை மாற்றியமைத்து, சில நிபந்தனைகள் பூர்த்தி செய்யப்படும்போது அலைச்சார்புகள் குலையச் செய்யும் சொற்களைச் சேர்க்கின்றன. இதற்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு கிரார்டி-ரிமினி-வெபர் (GRW) மாதிரி. இந்த கோட்பாடுகள், பெரிய, சிக்கலான அமைப்புகள் தன்னிச்சையான குலைவைத் தூண்டுவதற்கான வாய்ப்புகள் அதிகம் என்று கூறி, குவாண்டம் இயக்கவியலை நமது வழக்கமான அனுபவத்துடன் சமரசம் செய்ய முயற்சிக்கின்றன, இதனால் பெரிய பொருட்கள் மேற்பொருந்துதலில் இருப்பதைத் தடுக்கின்றன.

ஒத்திசைவு இழப்பு: சுற்றுச்சூழல் ஒரு பங்கு வகிக்கிறது

ஒத்திசைவு இழப்புக் கோட்பாடு (Decoherence theory) ஒரு நுட்பமான கண்ணோட்டத்தை வழங்குகிறது. இது ஒரு குவாண்டம் அமைப்பின் அதன் சுற்றுச்சூழலுடனான (இந்த விஷயத்தில், பூனை மற்றும் பெட்டி சுற்றியுள்ள உலகத்துடன்) தொடர்பு, மேற்பொருந்துதலை விரைவாக உடைக்கச் செய்கிறது என்று கூறுகிறது. சுற்றுச்சூழல் திறம்பட ஒரு நிலையான பார்வையாளராகச் செயல்பட்டு, பூனையின் நிலையை தொடர்ந்து "அளவிடுகிறது". இது குவாண்டம் ஒத்திசைவு இழப்புக்கு வழிவகுக்கிறது, மேலும் பூனை விரைவாக ஒரு உறுதியான உயிருள்ள அல்லது இறந்த நிலைக்கு வந்துவிடுகிறது. ஒத்திசைவு இழப்பு அலைச்சார்பு குலைவை விளக்க வேண்டிய அவசியமில்லை, ஆனால் நமது அன்றாட வாழ்வில் பெரிய பொருட்களை மேற்பொருந்துதலில் ஏன் நாம் கவனிப்பதில்லை என்பதற்கான ஒரு பொறிமுறையை இது வழங்குகிறது.

நடைமுறைத் தாக்கங்களும் நவீன சோதனைகளும்

ஷிரோடிங்கரின் பூனை ஒரு சிந்தனைச் சோதனையாக இருந்தாலும், அது குவாண்டம் இயக்கவியல் பற்றிய நமது புரிதலுக்கு ஆழமான தாக்கங்களைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் பல ஆராய்ச்சிகளைத் தூண்டியுள்ளது. நவீன சோதனைகள் சாத்தியமானவற்றின் எல்லைகளைத் தள்ளி, பெருகிய முறையில் பெரிய மற்றும் சிக்கலான அமைப்புகளில் மேற்பொருந்துதலை உருவாக்கவும் கவனிக்கவும் முயற்சிக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, விஞ்ஞானிகள் மூலக்கூறுகள், சிறிய படிகங்கள் மற்றும் மீக்கடத்தி சுற்றுகளில் கூட மேற்பொருந்துதலை நிரூபித்துள்ளனர்.

இந்த சோதனைகள் குவாண்டம் இயக்கவியலின் செல்லுபடியை சோதிக்க நமக்கு உதவுவது மட்டுமல்லாமல், குவாண்டம் கணினி போன்ற புதிய தொழில்நுட்பங்களுக்கும் வழி வகுக்கின்றன. குவாண்டம் கணினிகள் மேற்பொருந்துதல் மற்றும் பின்னல் கொள்கைகளைப் பயன்படுத்தி, வழக்கமான கணினிகளுக்கு சாத்தியமில்லாத கணக்கீடுகளைச் செய்கின்றன. நிலையான மற்றும் அளவிடக்கூடிய குவாண்டம் கணினிகளை உருவாக்க மேற்பொருந்துதல் மற்றும் ஒத்திசைவு இழப்பின் வரம்புகளைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியம்.

நெதர்லாந்தில் உள்ள டெல்ஃப்ட் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள், மீக்கடத்தி சுற்றுகளில் குவாண்டம் நிலைகளைக் கையாளுவதிலும் கட்டுப்படுத்துவதிலும் முன்னணியில் உள்ளனர். அவர்களின் பணி, குவாண்டம் கணினிகளின் கட்டுமான அலகுகளான குவாண்டம் பிட்கள் அல்லது க்யூபிட்களின் வளர்ச்சிக்கு குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பைச் செய்துள்ளது.

பிரபல கலாச்சாரம் மற்றும் தத்துவத்தில் ஷிரோடிங்கரின் பூனை

இயற்பியலின் எல்லைக்கு அப்பால், ஷிரோடிங்கரின் பூனை பிரபல கலாச்சாரம் மற்றும் தத்துவ விவாதங்களில் ஊடுருவியுள்ளது. இது பெரும்பாலும் நிச்சயமற்ற தன்மை, முரண்பாடு மற்றும் யதார்த்தத்தின் அகநிலைத் தன்மைக்கான ஒரு உருவகமாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இலக்கியம், திரைப்படங்கள், தொலைக்காட்சி நிகழ்ச்சிகள் மற்றும் வீடியோ கேம்களில் கூட ஷிரோடிங்கரின் பூனை பற்றிய குறிப்புகளைக் காணலாம்.

உதாரணமாக, *ஹெல்சிங் அல்டிமேட்* (Hellsing Ultimate) என்ற அனிமேயில் உள்ள ஷிரோடிங்கர் என்ற பாத்திரம், ஒரே நேரத்தில் எல்லா இடங்களிலும் எங்கும் இல்லாமல் இருக்கும் திறனைக் கொண்டுள்ளது, இது பூனையின் மேற்பொருந்துதல் நிலையை குறிக்கிறது. அறிவியல் புனைகதைகளில், இந்த கருத்து பெரும்பாலும் இணை பிரபஞ்சங்கள் மற்றும் மாற்று யதார்த்தங்களை ஆராய பயன்படுத்தப்படுகிறது. *கோஹிரன்ஸ்* (Coherence) திரைப்படம், குவாண்டம் கொள்கைகள் மற்றும் பல-உலகங்கள் விளக்கத்தைப் பயன்படுத்தி ஒரு திகைக்க வைக்கும் கதையை உருவாக்கியதற்கு மற்றொரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு.

தத்துவ ரீதியாக, ஷிரோடிங்கரின் பூனை யதார்த்தத்தை வடிவமைப்பதில் பார்வையாளரின் பங்கு பற்றிய கேள்விகளை எழுப்புகிறது. நமது கவனிப்பு உண்மையிலேயே விளைவை உருவாக்குகிறதா, அல்லது விளைவு முன்னரே தீர்மானிக்கப்பட்டதா? இந்த விவாதம் நனவின் தன்மை மற்றும் மனம் மற்றும் பொருளுக்கு இடையிலான உறவு பற்றிய அடிப்படைக் கேள்விகளைத் தொடுகிறது.

நீடித்த மரபு

ஷிரோடிங்கரின் பூனை, வெளித்தோற்றத்தில் எளிமையானதாக இருந்தாலும், குவாண்டம் இயக்கவியல் மற்றும் யதார்த்தத்தின் தன்மை பற்றிய நமது புரிதலை தொடர்ந்து சவால் செய்யும் ஒரு ஆழமான சிந்தனைச் சோதனையாகும். இது குவாண்டம் உலகின் உள்ளுணர்வுக்கு எதிரான தன்மையையும், அதை நமது வழக்கமான உள்ளுணர்வுடன் சமரசம் செய்வதில் உள்ள சிரமங்களையும் எடுத்துக்காட்டுகிறது.

இந்த முரண்பாடு குவாண்டம் இயக்கவியலின் பல்வேறு விளக்கங்களின் வளர்ச்சிக்குத் தூண்டுதலாக அமைந்துள்ளது, ஒவ்வொன்றும் வெளிப்படையான முரண்பாடுகளைத் தீர்க்க முயற்சிக்கிறது. கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தில் மேற்பொருந்துதலை ஏற்றுக்கொள்வதிலிருந்து பல-உலகங்கள் விளக்கத்தின் கிளைவிடும் பிரபஞ்சங்கள் வரை, இந்த வெவ்வேறு கண்ணோட்டங்கள் பிரபஞ்சத்தை ஆளும் அடிப்படைக் கொள்கைகளைப் பற்றிய மதிப்புமிக்க நுண்ணறிவுகளை வழங்குகின்றன.

மேலும், ஷிரோடிங்கரின் பூனை, குவாண்டம் கணினி போன்ற குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்கள் மீதான ஆராய்ச்சிக்கு உத்வேகம் அளித்துள்ளது, இது பல்வேறு துறைகளில் புரட்சியை ஏற்படுத்தும் என்று உறுதியளிக்கிறது. குவாண்டம் சோதனைகளின் எல்லைகளை நாம் தொடர்ந்து தள்ளும்போது, ஒரு நாள் மேற்பொருந்துதல், பின்னல் மற்றும் யதார்த்தத்தின் உண்மையான தன்மை ஆகியவற்றின் மர்மங்களைப் பற்றி ஆழமான புரிதலைப் பெறலாம்.

முடிவுரை

ஷிரோடிங்கரின் பூனை ஒரு கட்டாயமான மற்றும் சிந்தனையைத் தூண்டும் முரண்பாடாக உள்ளது, இது குவாண்டம் உலகின் விசித்திரம் மற்றும் அழகைப் பற்றிய ஒரு பார்வையை வழங்குகிறது. இயற்கையின் அடிப்படைக் விதிகளைக் கையாளும்போது நமது வழக்கமான உள்ளுணர்வுகள் எப்போதும் நம்பகமானவை அல்ல என்பதை இது ஒரு நினைவூட்டலாகச் செயல்படுகிறது. நீங்கள் ஒரு இயற்பியலாளர், ஒரு தத்துவவாதி, அல்லது பிரபஞ்சத்தின் மர்மங்களைப் பற்றி ஆர்வமுள்ள ஒருவராக இருந்தாலும், ஷிரோடிங்கரின் பூனை குவாண்டம் இயக்கவியலின் இதயத்திற்கு ஒரு கண்கவர் பயணத்தை வழங்குகிறது.

மேலும் படிக்க

• ரிச்சர்ட் ஃபேய்ன்மேன் எழுதிய "Six Easy Pieces: Essentials of Physics Explained by Its Most Brilliant Teacher"
• சீன் கரோல் எழுதிய "Something Deeply Hidden: Quantum Worlds and the Emergence of Spacetime"
• பிரையன் கிரீன் எழுதிய "The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality"